JP2002071613A - 抵抗検出型感湿素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低湿度域に於いても、高い信頼性を有する測
定値を得ることができる抵抗検出型の感湿素子を提供す
る。 【解決手段】セラミックからなる支持基板１０上に金ペ
ーストを用いてスクリーン印刷を行ない、金属膜を形成
する。次に、金属膜上に全面にエッチング用レジストを
スクリーンにて印刷し、乾燥することによりレジスト膜
を形成する。次に、エッチング用レジスト上に第１の櫛
状電極１１及び第２の櫛状電極１２のパターンを有する
ネガフィルムを貼り付け、露光及び現像を行ない、ノン
シアン系金エッチング液でスプレー方式にて不要部分の
金を取り除く。その後エッチング用レジストを剥離し、
第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２を得る。次
に、銀系ペーストをスクリーン印刷し、これを乾燥した
後、高温で焼成することにより、導体１３を形成し、更
に、ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、高温
で焼成することにより、ガラスからなる絶縁体１４をを
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感湿素子に関し、
更に詳しくは、低湿度に於いても測定が可能な抵抗検出
型感湿素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高分子膜を感湿膜とする感湿
素子として、容量検出型のものと抵抗検出型のものが知
られている。容量検出型の感湿素子は、高湿度域での精
度や耐久性が低いことが知られているが、現在用いられ
ている感湿素子で、相対湿度０〜１００％の範囲を計測
できるものは殆んど容量検出型のものである。一方、抵
抗検出型の感湿素子は、スクリーンによって容易に製造
することができるため、容量検出型のものに比較して安
価に製造することができるという利点がある。

【０００３】図８は従来の抵抗検出型の感湿素子の平面
図であり、図９（ａ）〜（ｃ）はこの感湿素子の製造工
程を示す断面図であり、図８のＰ−Ｐ線矢視断面図とし
て示したものである。図８に示す感湿素子は、支持基板
１０上に形成された、５本の第１の電極部２１を有する
第１の櫛状電極１１と、５本の第２の電極部２２を有す
る第２の櫛状電極１２とを有している。５本の第１の電
極部２１と５本の第２の電極部２２とは、交互に並行し
て形成されている。第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状
電極１２の付け根の部分には導体１３，１３がそれぞれ
形成され、更に第１の櫛状電極１１の付け根の部分と導
体１３との接続部及び第２の櫛状電極１２の付け根の部
分と導体１３との接続部を覆って、ガラスからなる絶縁
体１４が形成されている。そして、第１の電極部２１と
第２の電極部２２とを覆って、支持基板１０上に感湿膜
１５が形成されている。

【０００４】図８に示す感湿素子は、以下のようにして
製造されている。まず、絶縁性の支持基板１０上にスク
リーン印刷を行なうことにより、厚膜からなる第１の櫛
状電極１１及び第２の櫛状電極１２を形成し、これを乾
燥させた後、焼成を行なう（図８（ａ））。５本の第１
の電極部２１と５本の第２の電極部２２の形状は、スク
リーン印刷の際に形成される。次に、第１の櫛状電極１
１及び第２の櫛状電極１２の付け根の部分に、図８に示
す平面形状の導体１３を銀系ペーストの厚膜印刷によっ
て形成し、これを乾燥させ、更に焼成を行なう（図８
（ｂ））。次に、焼成後の導体１３上に、図８に示す平
面形状の絶縁体１４をガラスペーストの厚膜印刷により
形成し、これを乾燥及び焼成することにより、図８の感
湿素子が得られる。図８の感湿素子では、平行する第１
の櫛状電極１１及と第２の櫛状電極１２との間の距離
は、通常約１００〜５００μｍであり、第１の櫛状電極
１１及び第２の櫛状電極１２の幅も、通常約１００〜５
００μｍである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】抵抗検出型の感湿素子
は、上述のようなスクリーン印刷の工程により製造する
ことができるので、上述のように容量検出型のものに比
較して安価に製造することができるという利点がある。
しかしながら、抵抗検出型の感湿素子は、０〜２０％程
度の低湿度域での抵抗値が非常に大きくなるため、得ら
れる測定値の信頼性が低いという欠点がある。

【０００６】この欠点を解決するために、図８の第１の
櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の幅を小さくする
と共に、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２の
間の距離を小さくして、第１の櫛状電極１１及び第２の
櫛状電極１２の数を増やすことが考えられる。

【０００７】しかしながら、スクリーン印刷によって第
１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２を形成する場
合、その幅及び間隔をある程度以下に小さくすることが
できないという問題点がある。従って、スクリーン印刷
によって製造する限りに於いては、低湿度域での測定値
の信頼性が高い抵抗検出型の感湿素子を得ることは不可
能である。

【０００８】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するために為されたものであり、本発明の目的は、低
湿度域に於いても、高い信頼性を有する測定値を得るこ
とができる抵抗検出型の感湿素子を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の抵抗検出型感湿
素子の製造方法は、支持基板上に互いに並行して形成さ
れた複数の第１の電極部を接続した第１の櫛状電極と、
前記支持基板上の前記複数の第１の電極部の間に相互に
並行して形成された複数の第２の電極部を接続した第２
の櫛状電極と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状
電極を覆って前記支持基板上に形成された感湿膜とを備
えた抵抗検出型感湿素子の製造方法であって、前記支持
基板上に金属膜をスクリーン印刷により形成する工程
と、前記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジスト
パターンの形成及びエッチングにより、前記第１の櫛状
電極及び前記第２の櫛状電極を形成する工程と、前記第
１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を覆って前記支持
基板上に感湿膜を形成する工程とを包含することを特徴
とする。

【００１０】本発明では、スクリーン印刷により形成さ
れる金属膜上にフォトリソグラフィーによるレジストパ
ターンを形成し、そしてエッチングを行なうことによ
り、第１及び第２の櫛状電極を形成しているため、第１
の電極部と第２の電極部の幅及びこれらの電極の間の距
離を非常に小さくすることができる。そのため、第１の
電極部と第２の電極部の数を増加させることが可能とな
る。従って、本発明の製造方法によれば、低湿度に於い
ても高い信頼性を有する測定値を得ることができる抵抗
検出型感湿素子を製造することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の抵抗検出型感湿素子の製
造方法では、上述のように絶縁性の支持基板上に櫛形の
第１の櫛状電極及び第２の櫛状電極が形成される。本発
明に於いて使用される支持基板として、セラミックス、
窒化珪素、ガラス、ガラスエポキシ、ポリイミドなどの
プラスチック、絶縁皮膜した金属などの板状のもの、フ
ィルム状のもの等を用いることができる。

【００１２】また、本発明に於いて、後に第１の櫛状電
極及び第２の櫛状電極となる金属膜には、Ａｕ、ＲｕＯ
₂、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃ、Ｃｒ、
Ｎｉ等のスクリーン印刷が可能な印刷用電極材料を用い
ることができる。

【００１３】金属膜からの第１の櫛状電極及び第２の櫛
状電極の形成は、通常のフォトリソグラフィーによるレ
ジストパターンの形成及びエッチングにより行なうこと
ができる。

【００１４】本発明の抵抗検出型感湿素子に於いては、
第１の櫛状電極の第１の電極部と、第２の櫛状電極の第
２の電極部と間の距離は、５〜１００μｍの範囲である
ことが好ましく、２０〜５０μｍの範囲であることが更
に好ましい。これらの電極間の距離が上記範囲より大き
いと、低湿度に於ける測定値の信頼性が低下するので好
ましくない。また、上記電極間の距離が上記範囲より小
さいと、フォトリソグラフィー及びエッチングによって
これらの電極を電気的導通のない状態で十分に離して形
成することができなくなるので好ましくない。

【００１５】また、本発明の抵抗検出型感湿素子に於い
ては、また、第１の櫛状電極に於ける前記第１の電極部
の幅と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極部
の幅とが、何れも５〜１００μｍの範囲であることが好
ましく、２０〜５０μｍの範囲であることが更に好まし
い。これらの電極の幅が上記範囲より大きいと、低湿度
に於ける測定値の信頼性が低下するので好ましくない。
また、上記電極間の幅が上記範囲より小さいと、櫛状を
成す第１の櫛状電極及び第２の櫛状電極を形成すること
ができなくなるので好ましくない。

【００１６】本発明に於ける感湿膜には、ポリイミド
系、ポリアミド系、ポリアクリル酸系、シリコーン系及
びポリスチレン系のポリマー並びにセルロースからなる
群から選択されるポリマーを主として含有するイオン導
電性高分子を用いることができる。

【００１７】感湿膜は、上記のポリマーの溶液に浸漬
（ディッピング）する方法、刷毛で塗る方法、グラビア
印刷を行なう方法、スクリーン印刷を行なう方法、スピ
ナー塗布を行なう方法等、種々の方法が使用でき、工程
や製品の用途・種類等により選択することができる。本
発明に於いては、感湿膜の厚さは乾燥厚として１〜１０
μｍ程度であることが好ましく、２〜５μｍ程度が更に
好ましい。感湿膜の厚さが大きくなりすぎると、湿度に
対する膜の電気抵抗値の反応速度、即ちレスポンスが遅
くなり、感湿膜の厚さが小さすぎると、特に低湿度領域
での出力が低下し、さらに耐水性なども低下することに
なり、好ましくない。

【００１８】

【実施例】本発明を実施例に基づいてより詳細に説明す
るが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。

【００１９】（実施例１）図１（ａ）に本実施例の抵抗
検出型感湿素子の平面図を示し、同図（ｂ）にその部分
拡大平面図を示す。また、図２（ａ）〜（ｇ）はその製
造工程を示す断面模式図である。本実施例の抵抗検出型
感湿素子は、図１（ａ）に示すように、セラミックから
なる支持基板１０上に多数の第１の電極部２１を接続し
た第１の第１の櫛状電極１１と、多数の第２の電極部２
２を接続した第１の第１の櫛状電極１１とを有してい
る。第１の電極部２１と第２の電極部２２は交互に並ぶ
ように形成されている。第１の櫛状電極１１及び第２の
櫛状電極１２の付け根の部分には導体１３，１３がそれ
ぞれ形成され、更に第１の櫛状電極１１の付け根の部分
と導体１３との接続部、及び第２の櫛状電極１２の付け
根の部分と導体１３との接続部を覆って、ガラスからな
る絶縁体１４が形成されている。そして、第１の電極部
２１と第２の電極部２２とを覆って、支持基板１０上に
感湿膜１５が形成されている。

【００２０】本実施例の感湿素子では、図１（ｂ）の部
分拡大平面図に示すように、平行する第１の櫛状電極１
１の第１の電極部２１と第２の櫛状電極１２の第２の電
極部２２と間の距離Ｄは３０μｍであり、第１の櫛状電
極１１に於ける第１の電極部２１の幅Ｗ₁及び第２の櫛
状電極１２に於ける第２の電極部２２の幅Ｗ₂も、３０
μｍである。本実施例では、第１の櫛状電極１１に於け
る第１の電極部２１と、第２の櫛状電極１２に於ける第
２の電極部２２とは、それぞれ３０本づつ形成されてい
る。

【００２１】図１の感湿素子の製造工程について、図２
（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。まず、セラミ
ックからなる支持基板１０上に金ペーストを用いてスク
リーン印刷を行なう。その際、金ペースト膜は、第１の
櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２が形成される領域
よりやや大きめの領域に形成される。この金ペースト膜
の乾燥及び焼成を行なうことにより、金属膜２７が形成
される（同図（ａ））。

【００２２】次に、金属膜２７上に全面にエッチング用
レジストをスクリーンにて印刷し、乾燥することにより
レジスト膜１６を形成する（同図（ｂ））。次に、エッ
チング用レジスト上に第１の櫛状電極１１及び第２の櫛
状電極１２のパターンを有するネガフィルムを貼り付
け、露光及び現像を行ない（同図（ｃ））、ノンシアン
系金エッチング液でスプレー方式にて不要部分の金を取
り除く（同図（ｄ））。その後エッチング用レジストを
剥離し、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２が
形成される（同図（ｅ））。

【００２３】次に、銀系ペーストをスクリーン印刷し、
これを乾燥した後、高温で焼成することにより、導体１
３が形成される（同図（ｆ））。更に、ガラスペースト
をスクリーン印刷し、乾燥後、高温で焼成することによ
り、ガラスからなる絶縁体１４が形成される（同図
（ｇ））。更に、支持基板１０の上側約半分をポリパラ
スチレンスルホン酸Ｎａの水溶液中に浸漬して乾燥させ
ることにより、感湿膜１５が形成される。

【００２４】（実施例２）図１の感湿素子は、図３
（ａ）〜（ｅ）の断面模式図に示す製造工程によっても
製造することができる。まず、セラミックからなる支持
基板１０上に、感光性金ペーストを用いてスクリーン印
刷を行なう。その際、実施例１と同様に、感光性金ペー
スト膜は、第１の櫛状電極１１及び第２の櫛状電極１２
が形成される領域よりやや大きめの領域に形成する。こ
の感光性金ペースト膜の乾燥を行なうことにより、感光
性膜１７が形成される（同図（ａ））。

【００２５】次に、感光膜１７上に第１の櫛状電極１１
及び第２の櫛状電極１２のパターンを有するネガフィル
ム１８を貼り付け（同図（ｂ））、露光及び現像した
後、炭酸ナトリウム水溶液でスプレー方式にて現像して
不要部分の金を取り除き、高温で焼成を行う（同図
（ｃ））。

【００２６】次に、実施例１と同様に、銀系ペーストを
スクリーン印刷し、これを乾燥した後、高温で焼成する
ことにより、導体１３が形成される（同図（ｄ））。更
に、ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥後、高温
で焼成することにより、ガラスからなる絶縁体１４が形
成される（同図（ｅ））。更に、支持基板１０の上側約
半分をポリパラスチレンスルホン酸Ｎａの水溶液中に浸
漬して乾燥させることにより、感湿膜１５が形成され
る。

【００２７】（実施例３）図４は本実施例の抵抗検出型
感湿素子の平面図である。また、図５（ａ）〜（ｇ）は
その製造工程を示す断面模式図である。本実施例の感湿
素子は、図４に示すように、第１の櫛状電極１１と導体
１３、及び第２の櫛状電極１２と導体１３とが、それぞ
れ一体的に形成されている点と、第１の櫛状電極１１、
第２の櫛状電極１２及び導体１３,１３が後述するよう
に銅メッキ層及び金属表面層からなる点とを除いて、前
述の実施例１及び２と同様であり、対応する要素には同
じ符号が付してある。本実施例の抵抗検出型感湿素子
は、以下のようにして製造される。

【００２８】まず、セラミックからなる支持基板１０の
表面に微細な凸凹を形成する表面処理を処理を行ない、
次に、支持基板１０上の全面に銅メッキを施し、銅メッ
キ層１９を形成する。

【００２９】次に、銅メッキ層１９上の全面にエッチン
グ用レジストをスクリーン印刷し、乾燥してレジスト膜
２５を形成する（同図（ａ））。

【００３０】次に、レジスト膜２５上に第１の櫛状電極
１１及び第２の櫛状電極１２のパターンを有するネガフ
ィルム１８を貼り付け（同図（ｂ））、露光及び現像し
た後（同図（ｃ））、塩化第一鉄系、塩化第二銅系、硫
酸−過酸化水素系又は硫酸−過酸化水素系の何れかのエ
ッチング液でスプレー方式にて不要部分の銅を取り除く
（同図（ｄ））。その後、エッチング用レジストを剥離
することにより、櫛形の第１の櫛状電極１１及び第２の
櫛状電極１２の形状を有する銅メッキ層１９を得る（同
図（ｅ））。

【００３１】この銅メッキ層１９のパターン表面にニッ
ケルメッキをした後、更に金メッキ層を施して表面金属
層２６を形成する（同図（ｆ））。これにより、銅メッ
キ層１９及び表面金属層２６の２層からなる第１の櫛状
電極１１及び第２の櫛状電極１２が得られる。

【００３２】次に、レジストペーストをスクリーン印刷
した後、乾燥することにより、絶縁体１４が形成され
る。更に、支持基板１０の上側約半分をポリパラスチレ
ンスルホン酸Ｎａの水溶液中に浸漬して乾燥させること
により、感湿膜１５が形成される。

【００３３】（評価試験）実施例１の抵抗検出型感湿素
子と、前述の図８及び図９に示した従来の抵抗検出型感
湿素子とについて、実際の湿度検出回路により電圧出力
を測定し、その結果を図６に示した。図６から明らかな
ように、比較例に示す従来の抵抗検出型感湿素子では、
相対湿度０〜２０％の領域で直線性がなく、信頼性のあ
る湿度データが得られないことが分かる。これに対し、
実施例１の抵抗検出型感湿素子では相対湿度０〜２０％
の領域に於いても直線性が保たれており、この湿度領域
に於いても信頼性のある湿度データが得られることが分
かる。

【００３４】また、実施例１の感湿素子と比較例の感湿
素子とについて、湿度−抵抗特性をＬＣＲメータにより
測定し、その結果を図７に示した。ＬＣＲメータによる
測定は、１ｋＨｚ、１Ｖの正弦波で行なった。図７から
明らかなように、比較例に示す従来の抵抗検出型感湿素
子では、相対湿度０〜２０％の領域で非常に抵抗値が高
くなり、信頼性のある湿度データが得られないことが分
かる。これに対して、実施例１の抵抗検出型感湿素子で
は相対湿度０〜２０％の領域に於ける抵抗値が比較例に
比較して低く、この湿度領域に於いても信頼性のある湿
度データが得られることが分かる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の抵抗検出
型感湿素子の製造方法によれば、フォトリソグラフィー
によるレジストパターンの形成及びエッチングにより櫛
状電極が形成されるので、電極の幅及び電極間の距離を
小さくすることが可能となり、櫛状電極上を覆って形成
される感湿膜に於いて計測される抵抗値が小さくなり、
相対湿度の低い領域に於いても湿度を高い信頼性をもっ
て計測することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例に係る抵抗検出型感
湿素子の平面図を示し、（ｂ）はその部分拡大平面図で
ある。

【図２】図２（ａ）〜（ｇ）は図１の抵抗検出型感湿素
子の製造工程を示す断面模式図である。

【図３】図３（ａ）〜（ｅ）は図１の抵抗検出型感湿素
子の他の製造工程を示す断面模式図である。。

【図４】本発明の他の実施例に係る抵抗検出型感湿素子
の平面図を示している。

【図５】（ａ）〜（ｇ）は図４の抵抗検出型感湿素子の
製造工程を示す断面模式図である。

【図６】図１の抵抗検出型感湿素子と、従来の抵抗検出
型感湿素子とについて、湿度−抵抗特性をＬＣＲメータ
により測定した結果を示す図である。

【図７】図１の抵抗検出型感湿素子と、従来の抵抗検出
型感湿素子とについて、検出回路により電圧出力を測定
した結果を示す図である。

【図８】従来の抵抗検出型の感湿素子の平面図である。

【図９】（ａ）〜（ｃ）は図８の感湿素子の製造工程を
示す断面模式図である。

【符号の説明】

１０ 支持基板 １１ 第１の櫛状電極 １２ 第２の櫛状電極 １３ 導体 １４ 絶縁体 １５ 感湿膜 １６ レジスト膜 １７ 感光性膜 １７ 感光膜 １８ ネガフィルム １９ 銅メッキ層 ２１ 第１の電極部 ２２ 第２の電極部 ２５ レジスト膜 ２６ 表面金属層 ２７ 金属膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 政弘 兵庫県神戸市西区室谷２丁目２−７ 神栄 株式会社神戸テクノセンター内 (72)発明者 板倉 正洋 茨城県ひたちなか市足崎1380−１ 日立化 成工業株式会社下館事業所内 (72)発明者 戸田 英雄 茨城県ひたちなか市足崎1380−１ 日立化 成工業株式会社下館事業所内 Ｆターム(参考） 2G046 AA09 BA01 BA09 BB02 BC03 BC05 BF02 EA02 EA09 FA01 FB00 FB02 FE00 FE02 FE10 FE11 FE25 FE29 FE31

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持基板上に互いに並行して形成された
   複数の第１の電極部を接続した第１の櫛状電極と、前記
   支持基板上の前記複数の第１の電極部の間に相互に並行
   して形成された複数の第２の電極部を接続した第２の櫛
   状電極と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極
   を覆って前記支持基板上に形成された感湿膜とを備えた
   抵抗検出型感湿素子の製造方法であって、 前記支持基板上に金属膜をスクリーン印刷により形成す
   る工程と、 前記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジストパタ
   ーンの形成及びエッチングにより、前記第１の櫛状電極
   及び前記第２の櫛状電極を形成する工程と、 前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極を覆って前
   記支持基板上に感湿膜を形成する工程とを包含すること
   を特徴とする抵抗検出型感湿素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の
   電極部と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極
   部との間の距離が５〜１００μｍの範囲となるように前
   記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジストパター
   ンの形成及びエッチングを行なうことを特徴とする請求
   項１記載の抵抗検出型感湿素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の
   電極部の幅と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の
   電極部の幅とが、それぞれ５〜１００μｍの範囲となる
   ように前記金属膜のフォトリソグラフィーによるレジス
   トパターンの形成及びエッチングを行なうことを特徴と
   する請求項１又は２記載の抵抗検出型感湿素子の製造方
   法。
4. 【請求項４】 支持基板上に互いに並行して形成された
   複数の第１の電極部を接続した第１の櫛状電極と、前記
   支持基板上の前記複数の第１の電極部の間に相互に並行
   して形成された複数の第２の電極部を接続した第２の櫛
   状電極と、前記第１の櫛状電極及び前記第２の櫛状電極
   を覆って前記支持基板上に形成された感湿膜とを備えた
   抵抗検出型感湿素子であって、 前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の電極部と、前記
   第２の櫛状電極に於ける前記第２の電極部との間の距離
   が５〜１００μｍの範囲である抵抗検出型感湿素子。
5. 【請求項５】 前記第１の櫛状電極に於ける前記第１の
   電極部の幅と、前記第２の櫛状電極に於ける前記第２の
   電極部の幅とが、それぞれ５〜１００μｍの範囲である
   請求項４記載の抵抗検出型感湿素子。